JPH03285300A - 加速器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は運転パターン信号発生装置を改良した加速器の
制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、シンクロトロン加速器などにおいては、荷電粒
子にエネルギーを与えて加速を行う過程で、偏向電磁石
の電流値等をエネルギーに依存して変化させること、す
なわち１時間的に変化するパターンとする必要がある。

このパターンは予め、電磁石電源の容量や、加速された
荷電粒子を取り出す周期などによって決められていて、
パターン信号発生用のメモリに記録されている。パター
ン信号の発生は、このメモリのデータを所定の周期で読
み出して出力することにより行われる。

第５図は、このような従来の加速器制御装置の構成を示
すもので、電磁石１に電磁石電源２より電流を供給し、
加速器動作に必要な磁場Ｂを発生することを示している
。電磁石電源２に対し、磁場パターン発生器３より磁場
基準値ＢＲが時間的に変化するパターン信号として与え
られる。磁場パターン発生器３には、タイミング信号発
生器４よりタイムクロック信号ＣＴが与えられ、これに
より磁場パターン発生器３は動作する。電磁石１の発生
する磁場Ｂの強さは磁場センサ５により電気信号に変換
されて磁場クロック発生器６に入力される。磁場クロッ
ク発生器６では、一定量の磁場値の変化に応じて１個の
パルス信号を磁場クロック信号ＣＢとして出力する（例
えば、０．２ｇａｕｓｓ相当の磁場変化につき１個のパ
ルス信号を出力する）、この磁場クロック信号ＣＢは周
波数パターン発生器７に入力される。この周波数パター
ン発生器７には、タイミング信号発生器４よりリセット
信号Ｒも入力される。

周波数パターン発生器７は磁場クロック信号ＣＢによっ
て動作して周波数基準値ｆＲを時間的に変化するパター
ン信号として出力し、この周波数基準値ｆＲは高周波発
生装置１８に入力される。高周波発生器Ｗ８は、入力さ
れた周波数基準値ｆＲで与えられる周波数の高周波出力
ＰＲＦを発生し、この高周波出力ＰＲＦが加速器リング
に取付けられた高周波加速空胴９に供給される。

第６図は、このような従来の加速器制御装置における磁
場Ｂと高周波出力ＰＲＰの周波数ｆとの関係を示す図で
、横軸に時間５縦軸に磁場８９周波数ｆをとり、加速前
の荷電粒子の入射Ｉｎｊから加速完了後の荷電粒子の取
り出しＥｘｔまでの一周期の時間的変化を示したもので
ある。

第７図は１周波数パターン発生器７の構成を示し、それ
はアドレスカウンタ７１、メモリ７２、出力レジスタ７
３およびこれら相互のデータ入出力を行うデータバス７
４より構成されている。

第８図は、第７図＆Ｊおけるアドレスカウンタ７１の構
成を示すもので、クロックパルスカウンタ７１１゜アド
レスレジスタ７１２より構成される。

このような従来の加速器制御装置においては、第６図の
グラフで示すような磁場Ｂのパターンを発生させるため
に、タイミング信号発生器４がクロック信号ＣＴを磁場
パターン発生装置３に対して与える。これにより、磁場
パターン発生器Ｎ３のメモリに書かれているパターンデ
ータが順次読み出されて磁場基準値ＢＲが出力される。

磁場基準値Ｂｉｔは第６図における磁場８の波形を得る
ような時間的な変化パターンとなっていて、電磁石電源
２に与えられる。電磁石電源２はこの磁場基準値ＢＲの
変化に従って、電磁石に電流を供給する。電磁石１の発
生する磁場はセンサ５によって検出される。

センサ５は巻線を使用しているので、出力は磁場の変化
の大きさに比例する電圧出力Ｖであり、これが磁場クロ
ック発生器６に入力される。磁場クロック発生器６は積
分回路を備え、入力電圧の積分値、すなわち磁場の大き
さが一定＊（例えば１ガウスに相当する［）に達したと
ころで１個のパルス出力を行うとともに、この積分値を
Ｏにクリアする。従って、出力としては、磁場の大きさ
が一定値増加するごとに１個のパルスが出力されるよう
な磁場クロック信号ＣＢを得る７周波数パターン発生器
７はリセット信号Ｒおよび　磁場クロック信号（Ｊを入
力する二とにより、次のように動作する、まず、リセッ
ト信号Ｒにより、第７図、第８図に示したように、クロ
ックパルスカウンタ７１１がリセットされ、アドレスレ
ジスタ７１２に０をセットする、アドレスレジスタ７１
２はメモリ７２の読み出しアドレスを示しているので、
この時点でメモリ７２の先頭アドレスのデータが読み出
され、出力レジスタ７３にセットされる。出力レジスタ
７３にセットされたデータはそのまま周波数基準値ｆＲ
として出力される７次に、磁場クロック信号ＣＢより１
個のパルλが入力されるごとに、クロックパルスカウン
タ７１１はカウントアツプを行い、そのたびにメモリ７
２の読み出しアドレスを１アトしスずつ進ませながら、
その読み出しまたデータを出力レジスタ７３にｔツＬＬ
、、、ｆｆ波数基準値ｆＲの出力とする１、このような
動作により、周波数基準ｌｆＲは磁場Ｂの関数とし７て
与えられるので、ａｌ場Ｂの変化に対応したパターンと
して得ることができる。

このような、電磁石の発生する磁場の強度番、対応させ
て７荷電粒子の加速に用いられる昼！８波電力の周波数
を変化させる必要性は、特にシンクロトロン加速器１．
おし・て、電子のような軽い粒子に比較して重い粒子（
例えば水素原子）の加速を行うときに生ずるものである
。軽い粒子においては。

ある程度のエネルギーを得ると、相対論的効果によって
スピードはほとんど光速となり、粒子の重量がエネルギ
ーを得るに従って増加する。シンクロトロン加速器にお
いては、粒子の軌道は一定の閉軌道上になければならな
いが、スピードが一定の場合は閉軌道上を周回する周期
は一定となり。

従って、加速のために印加すべき高周波電力の周波数も
一定で良い。ところが重い粒子の場合は。

エネルギー増加にともなってスピードも増加していく（
光速よりスピードは十分低い領域で使用されるため）、
このため、粒子が周回する周波数はエネルギーの増加と
ともに増加させていく。一方、電磁石（偏向電磁石）の
発生する磁場の強さは、エネルギーに比例させることに
より、一定の曲率を確保し、一定の閉軌道としている。

このような事情から、周波数を磁場に依存して変化させ
るということは、エネルギーに依存して変化させること
と等価であり、かつ、エネルギーとスピード、すなわち
周波数は一定の周波数によって与えられるので、結局、
上述のような装置が有効である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の加速器制御装置では、上述のよう
に磁場の変化に応じてパターンを発生しているため、磁
場が一定に達したところで９周波数を若干変更して荷電
粒子の閉軌道を微調整し。

ビームの取り出しを効果的に行うような操作ができなか
った。

そこで１本発明は磁場が一定値に達したところでも、出
カバターンの変更が可能な加速器の制御装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の加速器の制御装置は、磁場クロック信号に対応
する周波数パターンデータを記録する第１のメモリと、
電磁石の磁場が所定値に達するタイミングでメモリアド
レス分岐信号とタイムクロック信号とを発生するタイミ
ング信号発生器と、このタイムクロック信号に対応する
パターンデータを記録する第２のメモリと、前記メモリ
アドレス分岐信号が出力されたときに前記第１のメモリ
から前記第２のメモリに出力データアドレスを切換える
メモリアドレスカウンタを備えるものである。

（作用） 加速器の電磁石の磁場の変化を検出して作られる磁場ク
ロック信号の出力に応じて第１メモリの内容が順次読み
出されて高周波発生装置に入力する。これにより、加速
器リングに取付けられた高周波加速空胴に供給する高周
波出力の周波数が磁場が所定値に達する迄漸次上昇する
。

次に、電磁石の磁場がＶ定値に達するタイミングでメモ
リアドレス分岐信号が発生し、こればより第１メモリか
ら第２メモリに切換り、以後はタイミング信号発生器か
ら出力するタイムクロック信号に応じて第２メモリの内
容が順次読み出されて高周波発生装置に入力する。これ
により、前記高周波出力の周波数は磁場が一定に達した
のちも上昇させることができ、荷電粒子ビームの出射時
の閉軌道を微調整してビームの取り出しが容易になる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例による加速器の制御装置の構
成図を示したものである。図中、第５図と同一符号は同
−又は相当部分を示し、第５図の構成と異なる点は、タ
イミング信号発生器１０がら周波数パターン発生器１１
に、リセット信号Ｈの地竜磁石１の磁場値が所定値に達
するタイミングで発生するメモリアドレス分岐信号Ｊと
、タイムクロック信号ＣＴとを入力するようにした点、
および、周波数パターン発生器１１内部に磁場クロック
信号ＣＢに対応するパターンデータを記憶し２ている第
１のメモ１月１２と、タイムクロック信号ＣＴに対応す
るパターンデータを記憶している第２のメモリ１１３と
を設けると共に、メモリアドレスカウンタ１１１カ前記
メモリアドレス分岐信号Ｊが出力されたときに、前記第
１のメモリがら前記第２のメモ１月７出力データアドレ
スに切換えるようにした点である。　以上の構成で、電
磁石】には、すでに述べたように電磁石電源２より、第
２図で示すようなパターンで磁場Ｂを発生するように電
流が供給される。この磁場Ｂのパターンは磁場パターン
発生器３の基準値出力である磁場パターン信号ＢＲによ
って与えられる。一方、磁場Ｂは磁場センサ５によって
。

その変化が検出され磁場クロック発生器６に入力される
。この磁場変化信号によって磁場クロック発生器６は磁
場クロック信号Ｃ１ｌをアドレスカウンタ１１１に出力
する。アドレスカウンタ１１１はその磁場クロック信号
ＣＢの入力ごとに、第１のメモリ１１２内の１ワードの
データを、アドレスをカウントアツプしながら周波数基
準値ｆＲとして出力する。

磁場Ｂの一定となるタイミングで、アドレス分岐信号Ｊ
がタイミング信号発生１１０より出力されアドレスカウ
ンタ１１１に与えられる。アドレスカウンタ１１１はこ
の信号Ｊによって読み呂し動作を行うメモリアドレスを
第１のメモ１月１２から第２のメモ１月１３の先頭アド
レスに切換える。この後、タイミング信号発生器３は一
定周期のタイムクロックＣＴをアドレスカウンタ１１１
に対して出力する。

すると、アドレスカウンタ１１１は、第２のメモリ１１
２の内容を順次アドレスをカウントアツプしながら周波
数基準値ｆＲとして出力する。従って、第２図に示すよ
うにして、荷電粒子ビームの出射のタイミングＥｘｔに
合せて周波数ｆを変化させることができる。

なお、タイミング信号発生器１０よりアドレスカウンタ
１１１に出力されるリセット信号Ｒは、アドレスを第１
のメモリ１１２の先頭にもって来ると同時に。

その先頭アドレスのデータをｆＲとして出力させるもの
で、１周期の最初に動作する。Ｊ、Ｒ，ＣＴの動作する
タイミングは予めタイミング信号発生器１０にセットさ
れている。また、第１図には示していないが、荷電粒子
ビームの入射（Ｉｎｊ）や出射（Ｅｘｔ）の動作は上記
磁場Ｂや周波数ｆのパターンに同期する必要があり、こ
れらの装置に対するタイミング信号の発生もタイミング
信号発生器１０で行う場合が多い。

第３図は、第１のメモリ１】２．第２のメモリ１１３、
アドレスカウンタ１１１および出力レジスタ１１４の関
係をより詳細に示したものである。これら第１のメモリ
１１２、第２のメモリ１１３、アドレスカウンタ１１１
および出力レジスタ１１４はデータバス１１５によって
相互につながれている。

第４図はアドレスカウンタ１１１の構成をさらに詳細に
示したもので、磁場クロック信号ＣＢとタイムクロック
信号ＣＴのいずれか一方より入力されるパルス信号をク
ロック信号Ｃとして出力するクロックＯＲ回路＋２１．
クロック信号Ｃより入力されるパルス信号の個数を累算
しメモリアドレスＡＩを出力するカウンタ１２２、リセ
ット信号Ｒとアドレス分岐信゛号Ｊのいずれかのパルス
信号をカウンタ１２２のリセット信号としてカウンタリ
セット信号Ｒｅを出力するリセットＯＲ回路１２３、第
２のメモリの先頭アドレスＪＡを保持する分岐アドレス
レジスタ１２４、アドレス分岐信号Ｊ入力後に出力信号
ＪＨをリセット信号Ｒが入力されるまで出力信号Ｊｌ（
をＯＮ状態に保持する保持回路１２５．信号ＪＨがＯＮ
の間、分岐アドレスデータＪ＾をアドレス＾２として出
力するＡＮＤ回路１２６、アドレスＡｌとＡ２との和を
アドレスＡとして出力する加算器１２７、アドレス＾の
値を保持するアドレスレジスタ１２８より構成される。

第１のメモリ１１２と第２のメモリ１１３は、実質的に
は１つのメモリを２つに分割したものであり、第１のメ
モリ１１２の先頭アドレスはＯ１第２のメモリ１１３の
先頭アドレスは、分岐アドレスレジスタ１２４にセット
されている分岐アドレスＪＡである。これらのメモリに
は、第３図に示すように、周波数基準値ｆＲのデータが
、第１のメモリ１１２においては、磁場クロック信号Ｃ
Ｂの１クロック信号の単位ΔＢごとに、磁場Ｂの関数と
して記録されており、第２のメモリ１１３においては、
タイムクロック信号ＣＴの１クロック信号の単位Δｔご
とに、時間ｔの関数として記憶されている。

まず、リセット信号Ｒが入力すると、カウンタ１２２の
出力Ａ１はＯにクリアされる。また保持回路１２５の出
力Ｊｌ（もクリアされるのでＡ２も０にクリアされる。

従って、加算器Ｉ２７の出力＾もＯにクリアされて、ア
ドレスレジスタ１２８には第１のメモＩＪ１１２の先頭
アドレスがセットされる。同時に、第１のメモ１月１２
の先頭アドレスのデータが読み出されて出力レジスタ１
１４にセットされる。出力レジスタ１１４にセットされ
たデータはそのまま周波数基準値ｆＲとして出力される
。

次に、周波数パターン発生器３の動作がタイムクロック
信号ＣＴの入力によって開始すると、磁場Ｂは第２図に
示すように単調に増加を開始する。この場合、加速器の
性格上、荷電粒子エネルギーと磁場Ｂとは、はぼ比例の
関係にあるので、エネルギー増加の過程で磁場を減少さ
せるような動作は行わない、この磁場の増加によって、
磁場センサ５及び磁場クロック発生器６によって磁場ク
ロック信号ＣＢを発生し、アドレスカウンタ１１１に入
力される。アドレスカウンタ１１１において、入力する
磁場クロック信号ＣＢはクロックＯＲ回路１２１を経由
してカウンタ１２２に入力されるので、カウンタ１２２
はパルスのカウント動作を行う、カウンタ１２２の１カ
ウントごとにカウント値をアドレスＡＩとして出力する
と、加算器１２７において、アドレスＡ１とＡ２とは加
算されるが、このときＡ２はＯなので出力ＡはＡ１と同
じである。Ａはアドレスレジスタ１２８にセットされる
とともに、第１のメモリのＡで示されるアドレスのデー
タが読み出されて出力レジスタ１４にセットされ、この
データが周波数基準値ｆＲとして出力される。このよう
にして、磁場Ｂの増加に伴って第１のメモリ１１２の内
容が読み出されてｆＲとして出力される。

次に、磁場Ｂが一定となるタイミングにおいて、分岐信
号Ｊがアドレスカウンタ１１１に入力されると、この信
号によりカウンタ１２２には、リセットＯＲ回路１２３
を経てリセット信号が入力されるので、カウント値は０
にクリアされ、アドレスＡ１も０となる。

また、保持回路１２５の出力ＪＨはＯＮとなるので、分
岐アドレスレジスタ１２４にセットされる分岐アドレス
ＪＡがＡＮＤ回路１２６を経てアドレスＡ２となり、加
算回路１２７に入力される。このときＡ１は０にクリア
されているので、ＡはＡ２に一致する。このアドレスＡ
がアドレスレジスタ１２８にセットされると、メモリア
ドレスは第２のメモリ１１３の先頭アドレスとなり、こ
のアドレスのデータが出力レジスタ１４にセットされて
ｆＲとして出力される６次に、タイムクロック信号ＣＴ
がアドレスカウンタ１１１に入力されると、カウンタ１
２２には、クロックＯＲ回路１２１を経てパルス信号が
入力されるので、再びカウント動作を開始し、カウント
値をＡ１として出力する。

加算器１２７において、Ａ１とＡ２を加算してＡを出力
する。Ａ２は、Ｊの入力以降は第２のメモリ１１３の先
頭アドレスとなっているので、Ａとしては、タイムクロ
ック信号ＣＴが１個人るごとに、第２のメモリ１１３の
アドレスを順次光に進めるアドレスとなる。

従って、第２のメモリ１１３の内容は、ＣＴのパルス信
号によって読み出されてｆＲとして出力される。

このように、磁場クロック信号ＣＢ、タイムクロック信
号ＣＴ、メモリ分岐信号Ｊをアドレスカウンタ１１１に
入力することにより、第１のメモリ１１２の読み出しと
出力、第２のメモ１１１３への切換え及び第２のメモリ
１１３読み出しと出力を行うことができるので、磁場の
関数としての周波数基準値ｆＲのパターンと時間の関数
としてのｆＲのパターンを別々ににメモリに書き込んで
おき、それを所定のタイミングで切換えて出力すること
ができる。

なお、上記実施例では、周波数基準値ｆＲを得る場合に
ついて説明したが１周波数基準値以外の他の基準値（例
えば高周波出力電圧パターンなど）にも同様に適用でき
る。

また、上記の実施例では、第１のメモリ１１２、第２の
メモリ１１３の２種類のメモリを備える場合を示したが
、さらに、第３、第４のようにメモリを分け、同時に、
アドレス分岐信号ＪをＪ、、Ｊ、　、Ｊ、・・・のよう
に増して、メモリの切換えを行うように変形して使用す
ることも本発明の主旨を変えるものではない。

さらに、上記の説明ではエネルギーの増加に伴って磁場
Ｂは単調に増加するものとしているが、電磁石電源の方
式によっては、電磁石の電流に交流のリップルを含む場
合があり、磁場も微小に変動する。この対策として従来
より磁場クロックに増加方向クロックと減少方向クロッ
クの２種類を設け、増加方向でメモリのアドレスを進め
、減少方向でメモリのアドレスを戻す装置が使用されて
いるが、本発明はこの場合にも、同様に適用可能である
。

また、リセット信号Ｒやアドレス分岐信号Ｊは、タイミ
ング信号発生器１０より得る場合について説明したが、
これら信号を磁場パターン発生器３より得ることもでき
る。その場合は、磁場のパターンデータの他に、パルス
出力のデータを所定のアドレスのデータに付は加えてお
き、そのデータが読み出されたときに、パルス信号を出
力するようにすればよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、磁場クロック信号
と、タイムクロック信号とを使用することによって、Ｈ
１場の増加の過程では、磁場クロック信号によってパタ
ーンデータを磁場の関数として出力することができ、ま
た、磁場が一定値となる領域では、タイムクロック信号
によってパターンデータを時間の関数として出力するこ
とが可能となった。これにより、従来は不可能だった荷
電粒子ビームの出射時におけるパターンのｆ＃、ｔＡ盤
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す加速器制御装置の構成
図、第２図は第１図の加速器制御装置の動作を示すタイ
ムチャート、第３図は第１図のパターン発生器の詳細構
成図、第４図は第１図のアドレスカウンタの詳細構成図
、第５図は従来の加速器制御装置の構成図、第６図は第
５図の装置の動作を示すタイムチャート、第７図は第５
図のパターン発生器の構成を示す図、第８図は第５図の
アドレスカウンタの構成を示す図である。 １１・・・周波数パターン発生器、１１１・・・アドレ
スカウンタ、１１２・・・第１のメモリ、１１３・・・
第２のメモリ、１１４・・・出力レジスタ。 （７３１７）　　代理人　弁理士　　則　近　　憲　佑
Ｎｉ３図 第２図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加速器の電磁石の磁場の変化を検出して作られる磁場ク
   ロック信号を用いて荷電粒子を加速する高周波電力周波
   数のパターンデータを発生させる加速器の制御装置にお
   いて、前記磁場クロック信号に対応する第１のパターン
   データを記憶している第１のメモリと、前記電磁石の磁
   場が所定値に達するタイミングでメモリアドレス分岐信
   号に続いてタイムクロック信号を発生するタイミング信
   号発生器と、このタイムクロック信号に対応する第２の
   パターンデータを記憶している第２のメモリと、前記メ
   モリアドレス分岐信号が出力されたときに、前記第１の
   メモリから前記第２のメモリに出力データアドレスを切
   換えるメモリアドレスカウンタを備えることを特徴とす
   る加速器の制御装置。